Pengelolaan Limbah Cair Secara Biologis Oleh Drs. Sudrajat,S.U. PPLH-Universitas Mulawarman FMIPA- Unmul Program Magister Ilmu Lingkungan Universitas Mulawarman Tahun 2006

Pengolahan limbah secara biologis melibatkan sejumlah disiplin ilmu, antara lain Biokimia, Genetika, Kimia, Mikrobiologi, Rekayasa kimia dan Komputasi Semua disiplin ilmu tsb digabungkan untuk menangani tiga masalah utama yakni penguraian limbah beracun, pembaruan sumberdaya untuk mendaurulangkan karbon, nitrogen, fosfor dan belerang dan produksi bahan bakar yang bernilai.

Sasarannya : 1. POLUTAN KONVENSIONAL : BOD, COD, MINYAK 2. POLUTAN NON KONVENSIONAL : N, P 3. POLUTAN TOKSIK

Aplikasi bioteknologi pengolahan limbah : Penanganan xenobiotik/ zat asing di lingkungan Industri minyak Aplikasi mikrobia banyak dipakai untuk menciptakan daur ulang, dalam pengendalian comberan sumber energi dan bahan kimia pengganti untuk industri .

POTENSI BIOTEKPENGOLAH LIMBAH Mendegradasi limbah spesifik di tempat dengan menggunakan biakan khusus atau gabungan Inokulasi sistem pengolahan limbah konvensional dengan biakan khusus yang telah disesuaikan Dekontaminasi dan detoksifikasi tumpahan Peniadaan logam Peniadaan secara biologis bau dan gas limbah yg berbahaya seperti merkaptan, hidrogen, sulfida, sianida, hidrogen berklor dsb Menghasilkan biomassa dari limbah Konversi limbah menjadi metan ( biogas)

Manfaat pengolahan limbah secara biologis: - Penguraian limbah beracun, - Pembaharuan sumber-sumber daya untuk mendaur ulangkan karbon, nitrogen, fosfor dan belerang - Produksi bahan bakar organik yang bernilai

KUNCI PENGOLAHAN LIMBAH SECARA BIOLOGIS ADALAH SENYAWA YANG ADA DALAM LIMBAH HARUS COCOK DENGAN SISTEM ENZIMATIK ORGANISME. BAHAN ITU UMUMNYA BERUPA SENYAWA : - KARBON - BELERANG - NITROGEN

Proses yang paling dekat dengan proses alami adalah metode pembersihan tradisional, yakni : PENGOLAHAN LIMBAH SECARA AEROBIK ; PENGOLAHANLIMBAH SECARA ANAEROBIK DAN PENGOMPOSAN. Metode aerobik selama berpuluh-puluh tahun telah mampu menguraikan senyawa fosfor dan nitrogen. Sedang dikembangkan teknologi pengurai zat xenobiotik. Menarik untuk dikembangkan pengurai senyawa selulosa dan lignin dengan memberikan produk yang bermanfaat yakni glukosa, asam lemak, alkohol, metan dan sebagainya.

-Juga dikembangkan organisme pengurai limbah kimia sintetik seperti plastik dan pestisida. Namun ada juga kelemahan sistem pengolahan secara biologis ini yakni adanya pemekatan ( bioakumulasi) konsentrasi logam dari aliran limbah yang encer dengan menggunakan mikroorganisme atau adsorbsi dan penghilangan belerang atau senyawa belerang dari arang.

ORGANISME PENGURAI AIR LIMBAH 1. Bakteri 2. Kapang 3. Protozoa 4. Ganggang 5. Rotifera 6. Crustacea 7. Tumbuhan Air

1. Bakteri Semua bakteri memerlukan energi dan karbon untuk sintesis bahan pembentuk sel baru. Selain itu organisme memerlukan unsur anorganik seperti N, F, S dan berbagai unsur mikro. Organisme dapat dibedakan atas tipe sumber karbon yang dipergunakan untuk sintesis sel. Organisme ini dibedakan atas Organisme Autotrof dan Organisme Heterotrof. * Organisme autotrof menggunakan CO2 sebagai sumber karbon. * Organisme heterotrof menggunakan karbon organik.

* Organisme autotrof menggunakan CO2 sebagai sumber karbon dan sumber energinya berasal dari sinar matahari atau dari reaksi oksidasi-reduksi zat-zat anorganik ( kemoautrof). * Organisme heterotrof menggunakan karbon organik sebagai bahan baku dan energinya berasal dari hasil oksidasi bahan organik, menggunakan oksigen bebas ( organisme aerobik) atau oksigen yang terikat dalam subtrat dalam lingkungan yang bebas oksigen ( organisme anaerobik). Dalam proses ini sebagian bahan organik teroksidasi sempurna dan ada yang tereduksi menjadi metan.

- Bakteri kemoautotrof - Bakteri kemoautotrof . Contohnya dalam proses Nitrifikasi, mengoksida amoniak ---> Nitrat - Bakteri kemoheterotrof. Bakteri yg dapat menggunakan bahan organik sebagai sumber energinya. Tipe bakteri inilah yang sangat berperan penting di dalam proses pengolahan limbah. Bakteri yang berperanan dalam proses ini memiliki kapsul yg relatif tebal ( terdiri atas polisakarida dan polipeptida), diduga sebagai pengikat antar bakteri membentuk flok bakteri. Flok ini memudahkan dipisahkan secara gravitasi.

Bakteri hanya dapat menyerap bahan yang terlarut dalam air. Jika limbah banyak mengandung bahan terlarut dan berbentuk makromolekul, maka diperlukan enzim hidrolitik ( yang disekresikan oleh beberapa jenis bakteri) untuk memperkecil ukuran partikel. Contoh> Penguraian Selulose -------- ZAT GULA , ( Limbah kertas dan baru dapat dimanfaatkan oleh bakteri Pertanian)

Oksidasi biokimia tidak harus menghasilkan CO2, tergantung kepada keadaan lingkungan dan jenis mikroorganismenya. Ada yang hanya sampai ke Asam lemak - Menguap sebagai bahan makanan bakteri lain Jadi untuk mengurai limbah yang mengandung senyawa organik kompleks memerlukan peran serta berbagai jenis bakteri yang berbeda. Jika bahan organik ini harus dihilangkan sesempurna mungkin, makan penting sekali rantai bakteri yang bekerja di dalam sistem pengolahan limbah itu harus diperhatikan. Bila tidak maka akan terjadi timbunan bahan tertentu.

Suhu berpengaruh terhadap kinerja bakteri: Bakteri psikrofilik ( kriofilik) dengan kegiatan terbaik antara 0 – 30 o C Bakteri mesofilik, bekerja baik pada suhu 20 – 50 o C Bakteri Termofilik, bekerja baik pada suhu antara 40 – 100 oC. Bakteri aerob dapat bekerja pada suhu 5 o C, sedangkan sistem anaerob ( bakteri mesofilik) dapat bekerja pada suhu 30-40 o C.

pH berpengaruh terhadap kinerja bakteri: Kenyakan bakteri aktif dalam kisaran pH 6,5 – 7,5 dengan batas paling rendah 4.0 dan paling tinggi 9.5. Bakteri yang dapat bertahan dalam kondisi pH ekstrim adalah Thiobacillus yang mampu mengoksidasi H2S menjadi HSO4 dalam pH 1.0.

2. Kapang - Mampu melakukan metabolisme zat organik terlarut - Umumnya melimpah dalam media dengan pH rendah yakni 4-5, dan mengalahkan bakteri dalam kompetisi merebut sumber makanannya; kadar air rendah; N rendah. 3. Protozoa dan Rotifera - Membantu mengurangi bahan organik Contohnya adalah Vorticella sp Rotifera dapat memakan bakteri, sehingga dapat mengurangi bakteri

3.Ganggang - Sebagai organisme autotrof fotosintetik dengan bahan anorganik C02, NH4+, NO3-, PO4- - Dalam proses ini melepas oksigen ----> dipakai oleh bakteri untuk metabolisme bahan-bahan organik ( dinamakan kolam oksidasi) - Jenisnya adalah: a.Ganggang biru hijai ( Nostoc, Oscillatoria, Microcystis, Anabaena). Namun jenis-jenis ini dapat menghasilkan toksin ---> mematikan bagi hewan, rasa dan bau tidak enak. b.Ganggang hijau ( mis. Chlorella dan Senodesmus)

MACAM-MACAM METODE PENANGANAN LIMBAH CAIR SECARA BIOLOGIS 1. AEROBIK - UNIT LUMPUR AKTIF - FILTER MENETES - KOLAM OKSIDASI - LAGUN AERASI - PARIT OKSIDASI 2. FOTOSINTETIK

3.PERTUMBUHAN TERSUSPENSI - LUMPUR AKTIF ( Konvensional, oxidation ditch, kontak-stabilisasi) - LAGUN ( Yang diaerasi dan tanpa Aerasi) - DIGESTER PENCAMPUR - PARIT OKSIDASI 4. ANAEROBIK - LAGUN ANAEROBIK - DIGESTER - FILTER ANAEROBIK

5.PERTUMBUHAN MELEKAT - FILTER PERKOLASI/ FILTER MENETES - KONTAKTOR BIOLOGIS BERPUTAR ( ROTATING BIOLOGICAL CONTACTOR) - FILTER TERENDAM ( Secara Aerobik dan Anaerobik ) - TRICKLING FILTER - KOLAM DENITRIFIKASI

Rotary Biodisc Unit pengolah limbah perumahan pertama kali dibangun, yang terdiri dari unit operasi yaitu : Communitor, screen, tanki aerasi, imhoff tank, rotating biodisc, tanki penjernih, unit pemberian klorinasi, penampung lumpur. Kapasitas desain 600 m3/hari

PERLAKUAN AIR LIMBAH SECARA AEROBIK Melibatkan populasi mikroorganisme yg bersifat campuran. Komposisi mikroorganismenya ditentukan oleh faktor-faktor sifat dan susunan air yang harus diolah, suhu, waktu tinggalnya air, lama atau tidaknya lumpur dalam sistem peralatan. Isi LUMPUR UMUMNYA: 70-80 % Bahan Organik ( sel hidup, bangkai sel, biopolimer, dan sejenisnya) Jenis bakteri yg umum bekerja di dalam sistem ini adalah bakteri aerobik sejati ( Nitrosomonas) maupun jenis bakteri aerobik fakultatif yakni E.coli

PERLAKUAN AIR LIMBAH SECARA ANAEROBIK ( FERMENTASI METAN) Dapat diaplikasikan terhadap air limbah yg hanya mengandung bahan organik 0,05 % Hasilnya berupa zat padat yang terbentuk bersifat stabil sehingga mudah dipisah dari air, hanya sedikit memerlukan zat hara, tidak memerlukan aerasi, menghasilkan zat metan yang berguna untuk sumber energi alternatif. Peka terhadap kehadiran senyawa tertentu seperti CHCl3, CCl4 dan CN Untuk bisa mulai bekerja efektif memerlukan waktu yang lama sejak instalasi akibat laju pertumb. Bakteri lambat

PERLAKUAN AIR LIMBAH SECARA ANAEROBIK ( FERMENTASI METAN) Untuk mengolah bahan organik yg kompleks berlangsung secara 3 tahap: Hidrolisis Pengasaman Fermentasi metan Hasil kinerja proses anaerobik jika akan dilepas ke alam harus ada pengolahan lagi yang sesuai, terutama untuk menurunkan BOD , Amonium dan Belerang. BIASANYA DILANJUTKAN DENGAN SISTEM AEROBIK OLEH ALGA YAKNI MELALUI PROSES NITRIFIKASI DAN DENITRIFIKASI.